(57)【要約】  【課題】  適切な露出で被写体を撮影することができる撮像装置を提供すること。  【解決手段】  撮像装置１０は、被写体光を集光するレンズ１１と、被写体光の光量を調整する絞り１２と、被写体光を電気信号に変換する撮像素子１３と、撮像素子１３を駆動する撮像素子駆動手段１４と、ノイズ除去及びゲイン調整を行うアナログ前処理部１５と、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１６と、輝度信号処理及び色差信号処理を行うＹ／Ｃ処理手段１７と、映像信号を処理する映像信号処理装置２０とを有し、映像信号処理装置２０は、Ｙ／Ｃ処理手段１７から出力される輝度信号から被写体像の存在領域を検出する被写体検出手段２１と、被写体像の領域を測光領域として設定する測光領域設定手段２２と、絞り１２の絞り量を調整することによって露光を制御する露光制御手段２３とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を含む撮像領域を撮像する撮像手段と、撮像された前記撮像領域の映像から前記被写体の被写体像の領域を検出する被写体検出手段と、前記被写体像の領域に測光領域を設定する測光領域設定手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記被写体検出手段は、前記撮像領域の映像信号から前記被写体像の輪郭信号成分を抽出する輪郭抽出部と、前記輪郭信号成分によって形成されるパターンの特徴を検出する特徴検出部とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
被写体を含む撮像領域が撮影された映像から前記被写体の被写体像の領域を検出する被写体検出手段と、前記被写体像の領域に測光領域を設定する測光領域設定手段とを備えたことを特徴とする映像信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光を制御して被写体を撮像する撮像装置及び映像信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の撮像装置は、被写体を撮像する撮像素子と、被写体から撮像素子に入射される光の通過又は遮断を制御するシャッタと、被写体からの光量を調整する絞りとを備え、シャッタ時間や絞り値を設定することによって被写体の露光を制御し、露出を最適状態に保つようになっている。被写体の露光を制御する測光方式として、被写体像を表示する画面の中央部に測光領域を設定する中央重点測光方式が提案されており、この中央重点測光方式によれば、画面の中央付近に被写体像が存在する場合は適切な露光が行われる。
【０００３】
しかしながら、中央重点測光方式では、画面中央部に設定された測光領域から被写体像が外れた場合は、適切な露光が行われないという課題があり、この課題を解決するため、例えば特許文献１に示すような撮像装置が提案されている。
【０００４】
特許文献１に示された従来の撮像装置は、図３に示すように、被写体光を集光するレンズ１と、光量を調整する絞り２と、被写体を撮像する撮像素子３と、インピーダンスを変換するバッファアンプ４と、バッファアンプ４の出力信号から色差信号と輝度信号とを分離してゲインを調整する色分離ＡＧＣ回路５と、バッファアンプ４の出力信号に基づいて測光する測光回路６ａと、輝度信号に基づいて測光する測光回路６ｂと、測光回路６ａからの出力信号に基づいて絞り２を駆動する絞り駆動回路７と、測光回路６ａ及び６ｂの測光枠を指示するための枠信号を発生する固定測光枠信号発生回路８と、露出の補正信号を発生する露出補正信号発生回路９とを備えている。
【０００５】
従来の撮像装置は、例えば被写体として人物を撮影する場合、露出補正信号発生回路９によって、原色信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）から輝度信号Ｙを減算してＲ−ＹとＢ−Ｙとを座標軸とした色差信号座標軸が設定され、色差信号座標軸上の色差信号分割領域から肌色が検出されると、肌色が存在する色差信号分割枠を含む輝度信号分割枠の露出が適正露出となるよう露出補正されるので、逆光の撮影条件下においても適切な露出で人物を撮影することができるようになっている。
【特許文献１】特開平４−１６７７７１号公報（第３−６頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の撮像装置では、被写体として人物を撮影する場合、色差信号分割領域から肌色を検出する構成なので、例えば、夕焼け光や蛍光灯に人物が照らされている場合のようにホワイトバランスが合わせにくい環境下においては、色差信号座標軸上において予め定義された肌色と撮影時に検出された肌色とが一致しなくなり、適切な露出で人物を撮影することができないという問題があった。
【０００７】
また、人物の肌色は多種多様であり、様々な肌色を検出しようとすると、肌色の定義領域を広くしなければならず、その結果、人物の背景色によっては肌色に近い他の色も肌色として検出されることになるので、従来の撮像装置では、適切な露出で被写体を撮影することができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、適切な露出で被写体を撮影することができる撮像装置及び映像信号処理装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の撮像装置は、被写体を含む撮像領域を撮像する撮像手段と、撮像された前記撮像領域の映像から前記被写体の被写体像の領域を検出する被写体検出手段と、前記被写体像の領域に測光領域を設定する測光領域設定手段とを備えた構成を有している。
【００１０】
この構成により、本発明の撮像装置は、被写体検出手段によって検出された被写体像の領域に測光領域を設定するので、ホワイトバランスが合わせにくい環境下でも、適切な露出で被写体を撮影することができる。
【００１１】
また、本発明の撮像装置は、前記被写体検出手段は、前記撮像領域の映像信号から前記被写体像の輪郭信号成分を抽出する輪郭抽出部と、前記輪郭信号成分によって形成されるパターンの特徴を検出する特徴検出部とを備えた構成を有している。
【００１２】
この構成により、本発明の撮像装置は、輪郭信号成分によって形成されるパターンの特徴を検出し、特徴が検出された領域に測光領域を設定するので、ホワイトバランスが合わせにくい環境下でも、適切な露出で被写体を撮影することができる。
【００１３】
本発明の映像信号処理装置は、被写体を含む撮像領域が撮影された映像から前記被写体の被写体像の領域を検出する被写体検出手段と、前記被写体像の領域に測光領域を設定する測光領域設定手段とを備えた構成を有している。
【００１４】
この構成により、本発明の映像信号処理装置は、被写体検出手段によって検出された被写体像の領域に測光領域を設定するので、ホワイトバランスが合わせにくい環境下でも、被写体像の映像信号成分を適切な露出が得られるよう処理することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、適切な露出で被写体を撮影することができるという効果を有する撮像装置及び映像信号処理装置を提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１７】
まず、本実施の形態の撮像装置の構成について説明する。
【００１８】
図１に示すように、本実施の形態の撮像装置１０は、所定の被写体からの被写体光を集光するレンズ１１と、被写体光の光量を調整する絞り１２と、被写体光を電気信号に変換する撮像素子１３と、撮像素子１３を駆動する撮像素子駆動手段１４と、撮像素子１３の出力信号に対してノイズ除去及びゲイン調整を行うアナログ前処理部１５と、アナログ前処理部１５から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器（以下、「Ａ／Ｄ変換器」という。）１６と、デジタル信号に変換された映像信号に対して輝度信号処理及び色差信号処理を行う輝度色差信号処理手段（以下、「Ｙ／Ｃ処理手段」という。）１７と、Ｙ／Ｃ処理手段１７から出力される輝度信号に基づいて映像信号を処理する映像信号処理装置２０とを備えている。
【００１９】
なお、撮像素子１３は後述のようにマトリクス状に配置された複数の画素を有しており、以下の説明において、本実施の形態の撮像装置１０は、撮像素子１３が有する複数の画素で撮像される領域を撮像領域とし、この撮像領域に含まれる所定の被写体を撮像するものとする。また、撮影対象としての被写体は人物とする。また、撮像素子１３は、本発明の撮像手段を構成している。
【００２０】
レンズ１１には、例えば被写体像のピントや画角を調整する調整機構が取り付けられており、レンズ１１は、この調整機構によって調整された被写体像を撮像素子１３の受光部に結像するようになっている。
【００２１】
絞り１２は、例えば同心状に口径が連続的に変化するよう複数の羽根で構成されたアイリス羽根と、アイリス羽根を駆動するアイリス羽根駆動部とを備えている。
【００２２】
撮像素子１３は、例えば電荷転送型の固体撮像素子であるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）で構成されている。ＣＣＤは、例えば水平方向に６４０個、垂直方向に４８０個のマトリクス状に配置された画素で構成された受光部を備えている。
【００２３】
撮像素子駆動手段１４は、例えばＣＣＤを駆動するためのタイミングパルスを発生するパルス発生回路で構成されている。
【００２４】
アナログ前処理部１５は、例えば撮像素子１３の出力信号のノイズを除去する相関二重サンプリング回路や、映像信号をＡ／Ｄ変換器１６に適切なレベルで出力するよう信号レベルを調整する利得調整回路等によって構成されている。
【００２５】
Ａ／Ｄ変換器１６及びＹ／Ｃ処理手段１７は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等によって構成されている。Ａ／Ｄ変換器１６は、入力されたアナログ映像信号をフィールド毎にデジタル映像信号に変換するようになっている。
【００２６】
Ｙ／Ｃ処理手段１７は、Ａ／Ｄ変換器１６の出力信号から輝度信号（Ｙ）と色信号（Ｃ）とを分離するＹ／Ｃ分離回路で構成されている。
【００２７】
映像信号処理装置２０は、Ｙ／Ｃ処理手段１７が出力する輝度信号から被写体像が存在する領域を検出する被写体検出手段２１と、被写体像の領域を測光領域として設定する測光領域設定手段２２と、絞り１２の絞り量を調整することによって露光を制御する露光制御手段２３とを備えている。なお、映像信号処理装置２０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等によって構成されている。
【００２８】
被写体検出手段２１は、被写体像の輪郭信号成分を抽出する輪郭抽出部２１ａと、抽出された輪郭信号成分によって形成されるパターンの特徴を検出する特徴検出部２１ｂとを備えている。
【００２９】
輪郭抽出部２１ａは、例えばバンドパスフィルタを備え、Ｙ／Ｃ処理手段１７が出力する輝度信号から被写体像の輪郭信号成分を抽出して２値化するようになっている。なお、輝度信号から被写体像の輪郭信号成分を抽出する際はノイズの影響を受けやすく、被写体像の輪郭が途切れたり、撮像素子１３の出力信号に含まれるランダムノイズを輪郭抽出部２１ａが抽出したりすることがあるため、２値化前又は２値化後にノイズ除去を行うよう輪郭抽出部２１ａを構成してもよい。
【００３０】
特徴検出部２１ｂは、被写体の特徴を表した被写体特徴パターンのデータが予め登録されたメモリ（図示省略）を備えており、輪郭信号成分によって形成されるパターン（以下「輪郭パターン」という。）と被写体特徴パターンとの相関を分析し、被写体特徴パターンに近似した輪郭パターンが存在する撮像領域内の位置のデータを出力するようになっている。
【００３１】
具体的には、特徴検出部２１ｂは、人物の顔、上半身、全身等の輪郭を表す多様なパターンや、これらのパターンを基にした変形パターン、例えば帽子を被ったパターンや歩行中のパターン等を被写体特徴パターンとしてメモリに記憶している。そして、特徴検出部２１ｂは、例えば予め設定された相関係数に基づき、被写体特徴パターンに近似した輪郭パターンが存在するか否かを判断するようになっている。
【００３２】
測光領域設定手段２２は、輪郭パターンが存在する領域を測光領域として設定する測光領域設定部２２ａと、設定された測光領域の輝度を積算する輝度積算部２２ｂとを備えている。
【００３３】
測光領域設定部２２ａは、特徴検出部２１ｂから出力される輪郭パターンの位置のデータに基づき、輪郭パターンの存在位置を測光領域として設定するようになっている。また、測光領域設定部２２ａは、測光領域の面積を算出し、算出した面積を示すデータを露光制御手段２３に出力するようになっている。
【００３４】
輝度積算部２２ｂは、測光領域設定部２２ａによって設定された測光領域の輝度レベルを積算し、積算した測光領域の積算輝度レベルを示すデータを露光制御手段２３に出力するようになっている。なお、輝度積算部２２ｂによって積算される輝度信号は、例えばガンマ変換のような非線形処理される前の輝度信号が好ましいが、ガンマ変換後の輝度信号を輝度積算部２２ｂが積算する構成としてもよい。
【００３５】
露光制御手段２３は、測光領域の積算輝度レベル及び測光領域の面積から測光領域の輝度平均値を算出し、この輝度平均値に応じて絞り１２を制御するようになっている。
【００３６】
次に、本実施の形態の撮像装置１０の動作について、図２を用いて説明する。
【００３７】
まず、撮像素子駆動手段１４によって、撮像素子１３を駆動するためのタイミングパルスが生成されて撮像素子１３が駆動され、撮像素子１３によって、被写体が撮像される（ステップＳ１１）。次いで、アナログ前処理部１５によって、撮像素子１３から出力される映像信号のノイズが除去され、Ａ／Ｄ変換器１６に適切なレベルで出力するよう信号レベルが調整される（ステップＳ１２）。
【００３８】
さらに、Ａ／Ｄ変換器１６によって、アナログ前処理部１５から出力されるアナログ信号がデジタル信号に変換される（ステップＳ１３）。次いで、Ｙ／Ｃ処理手段１７によって、Ａ／Ｄ変換器１６から出力されるデジタル信号から輝度信号と色信号とが生成され（ステップＳ１４）、映像信号処理装置２０に出力される。
【００３９】
映像信号処理装置２０において、まず、輪郭抽出部２１ａによって、Ａ／Ｄ変換器１６から出力される輝度信号から被写体像の輪郭信号成分が抽出されて輪郭パターンの信号が得られ、この信号が２値化される（ステップＳ１５）。
【００４０】
次いで、特徴検出部２１ｂによって、メモリから被写体特徴パターンのデータが読み出された後、輪郭パターンと被写体特徴パターンとの相関が分析され、被写体特徴パターンに近似した輪郭パターンが存在する撮像領域内の位置のデータが測光領域設定部２２ａに出力される（ステップＳ１６）。
【００４１】
引き続き、測光領域設定部２２ａによって、輪郭パターンが存在する撮像領域内の位置が測光領域として設定され（ステップＳ１７）、設定された測光領域の面積のデータが露光制御手段２３に出力される。
【００４２】
例えば、特徴検出部２１ｂによって、撮影対象としての人物のパターンが１つ検出された場合は、測光領域設定部２２ａによって、人物のパターンが存在する撮像領域内の位置が測光領域として設定される。ここで、測光領域設定部２２ａによって設定される測光領域は、特徴検出部２１ｂによって検出された人物のパターンの全体としてもよいし、人物のパターンの一部としてもよい。
【００４３】
また、例えば、特徴検出部２１ｂによって、複数の人物のパターンが検出された場合は、測光領域設定部２２ａによって、少なくとも１つの人物のパターンが測光領域として設定される。なお、特徴検出部２１ｂによって、複数の人物のパターンが検出された場合は、面積が最も大きい人物のパターンを測光領域として測光領域設定部２２ａに設定させてもよいし、撮像領域の中央に最も近い人物のパターンを測光領域として測光領域設定部２２ａに設定させてもよい。
【００４４】
次いで、輝度積算部２２ｂによって、測光領域設定部２２ａが設定した測光領域の輝度信号が積算される（ステップＳ１８）。
【００４５】
さらに、露光制御手段２３によって、輝度積算部２２ｂが積算した輝度積算値のデータと、測光領域設定部２２ａから出力された測光領域の面積のデータとに基づいて輝度平均値Ｙaveが算出される（ステップＳ１９）。例えば、輝度積算値をＹsum、測光領域の面積をＳareaとすると、輝度平均値Ｙaveは、式（１）に基づいて露光制御手段２３によって算出される。
【００４６】
Ｙave  ＝  Ｙsum  ／  Ｓarea                                      （１）
そして、露光制御手段２３によって、輝度平均値Ｙaveに基づいて露光制御が行われる。具体的には、露光制御手段２３によって、予め設定された所定の輝度目標値Ｙtargetと輝度平均値Ｙaveとが一致するか否かが判断される（ステップＳ２０）。輝度平均値Ｙaveが輝度目標値Ｙtargetよりも小さい場合は、露光制御手段２３によって、絞り１２が開くようアイリス羽根駆動部が制御され（ステップＳ２１）、ステップＳ２０に戻る。一方、輝度平均値Ｙaveが輝度目標値Ｙtargetよりも大きい場合は、露光制御手段２３によって絞り１２が閉じるようアイリス羽根駆動部が制御され（ステップＳ２２）、ステップＳ２０に戻る。
【００４７】
ステップＳ２０からステップＳ２２までの処理は、露光制御手段２３によって、輝度目標値Ｙtargetと輝度平均値Ｙaveとが一致するまで繰り返し実行され、両者が一致した際に適切な露光で撮像された被写体像の映像信号が撮像装置１０から出力される。ここで、輝度目標値Ｙtargetと輝度平均値Ｙaveとの一致は、完全な一致のみに限定されるものではなく、両者が所定の許容値内で一致するものも含まれる。また、ハンチングを防止するため、不感帯Ｃを設け、式（２）が成立するまで露光制御手段２３が絞り１２を制御するよう構成してもよい。
【００４８】
Ｙtarget  −  Ｃ  ＜  Ｙave  ＜  Ｙtarget  ＋  Ｃ                （２）
なお、撮像範囲内における被写体像の位置が変化した場合、撮像装置１０は、ステップＳ１１以降を新たに実行することにより、被写体像の位置に応じて測光領域を設定し、適切な露光で撮像された被写体像の映像信号を出力することができる。
【００４９】
以上のように、本実施の形態の撮像装置１０によれば、被写体検出手段２１は、Ｙ／Ｃ処理手段１７が出力する輝度信号から被写体像の存在領域を検出し、測光領域設定手段２２は、被写体像の領域を測光領域として設定し、露光制御手段２３は、測光領域の輝度平均値に応じて絞り１２を制御する構成としたので、被写体像の位置に応じて測光領域を設定することができ、ホワイトバランスが合わせにくい環境下でも、適切な露光で撮像された被写体像の映像信号を出力することができる。
【００５０】
なお、前述の実施の形態において、撮影対象としての被写体を人物として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば物品や動植物等を被写体とし、これらの被写体の特徴を表した被写体特徴パターンを特徴検出部２１ｂに検出させる構成としても同様の効果が得られる。
【００５１】
また、前述の実施の形態において、被写体検出手段２１は、輪郭信号成分に基づいて被写体像を検出する例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、撮像領域の映像から被写体像の領域を検出することができるものであれば同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上のように、本発明に係る撮像装置は、適切な露出で被写体を撮影することができるという効果を有し、露光を制御して被写体を撮像する撮像装置及び映像信号処理装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態の撮像装置のブロック図
【図２】本発明の実施の形態の撮像装置の各ステップのフローチャート
【図３】従来の撮像装置のブロック図
【符号の説明】
【００５４】
１０  撮像装置
１１  レンズ
１２  絞り
１３  撮像素子（撮像手段）
１４  撮像素子駆動手段
１５  アナログ前処理部
１６  Ａ／Ｄ変換器
１７  Ｙ／Ｃ処理手段
２０  映像信号処理装置
２１  被写体検出手段
２１ａ  輪郭抽出部
２１ｂ  特徴検出部
２２  測光領域設定手段
２２ａ  測光領域設定部
２２ｂ  輝度積算部
２３  露光制御手段
【図１】
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【図２】
2006166231.tif 000004
【図３】
2006166231.tif 000005